Въведение
Много сложни флуиди, като например мрежообразуващи полимери, мезофази на повърхностноактивни вещества и концентрирани емулсии, не текат, докато приложеното напрежение не надвиши определена критична стойност, известна като граница на провлачане. Материалите, които проявяват това поведение, се наричат материали с поведение на течливост. Следователно границата на течливост се определя като напрежението, което трябва да се приложи към образеца, преди той да започне да тече. Под границата на провлачване образецът се деформира еластично (като разтягане на пружина), а над границата на провлачване образецът тече като течност.
Повечето флуиди с напрежение на провлачане могат да се разглеждат като структурен скелет, който се простира върху целия обем на системата. Здравината на скелета се определя от структурата на дисперсната фаза и нейните взаимодействия. Обикновено непрекъснатата фаза е с нисък вискозитет, но високите обемни фракции на дисперсната фаза могат да увеличат вискозитета хиляди пъти и да предизвикат твърдотелно поведение в покой.
Когато сложен флуид, който проявява поведение на течливост, се срязва при ниски скорости на срязване, в диапазона между 0,01 и 0,1 s-1 и под критичната му деформация, системата се подлага на втвърдяване. Това е характерно за твърдотелното поведение и е резултат от разтягането на еластичните елементи в полето на срязване. Когато такива еластични елементи се приближат до критичната си деформация, структурата започва да се разрушава, което води до изтъняване при срязване (омекотяване на деформацията) и последващо протичане. Напрежението, при което настъпва това катастрофално разрушаване на структурния скелет, е границата на провлачване.
Съществуват редица експериментални тестове за определяне на границата на провлачване. Един от най-бързите и лесни методи е да се извърши измерване на напрежението на срязване и да се определи напрежението, при което се наблюдава пик на вискозитета. Преди този пик на вискозитета материалът е подложен на еластична деформация. Следователно този връх представлява точката, в която еластичната структура се разрушава (поддава) и материалът започва да тече. Това е показано на фигура 1.
В тази бележка за приложение са показани методология и данни от стрес тест за два продукта за душ гел (измиване на тялото) с различни формули.
Напрежението на границата на провлачване се определя като напрежението, което трябва да се приложи към образеца, преди той да започне да тече.
Експериментален
- Бяха оценени два търговски продукта за душ гел; единият съдържа само повърхностноактивно вещество, а другият - повърхностноактивно вещество и асоциативен сгъстител.
- Измерванията с ротационен реометър са направени с реометър Kinexus с касета с плочи на Пелтие и система за измерване на конуси и плочи1, като са използвани стандартни предварително конфигурирани последователности в софтуера rSpace.
- Използвана е стандартна последователност на зареждане, за да се гарантира, че пробата е подложена на последователен и контролируем протокол на зареждане.
- Извършена е рампа на напрежението на срязване и данните са анализирани с помощта на пиков анализ, за да се определи границата на провлачване.
- Всички реологични измервания са извършени при 25°C.
Резултати и обсъждане
На фигура 2 са показани кривите на вискозитета в зависимост от натоварването за двата образеца душ-гел при изпитването с рампа на натоварването. Данните за Bodywash 2 показват ясен пик на вискозитета при изпитването с рампа на натоварване, докато данните за Bodywash 1 са относително плоски. Това означава, че при Bodywash 2 се наблюдава втвърдяване при деформация, свързано с границата на провлачване, докато Bodywash 1 се държи като течност с нулев вискозитет при срязване. Измерената граница на провлачване за Bodywash 2 е 4 Pa. В някои случаи вискоеластичните течности могат да покажат лек пик във вискозитета, въпреки че не притежават истинска граница на провлачване.
В този случай може да се наложи преценка от страна на потребителя или алтернативно потвърждаване чрез използване на алтернативен тест, като например тест за пълзене или тест с таблица на скоростта на срязване, за да се потвърди липсата на нулев вискозитет при срязване2.
Заключение
Два продукта за душ-гел бяха сравнени с помощта на рампов тест на границата на провлачване на ротационен реометър. Установено е, че продуктът за измиване на тяло 2, който съдържа асоциативен сгъстител, има граница на провлачване от 4 Pa. Продуктът за измиване на тяло 1 не показва пик на вискозитета при теста с рампа на провлачване и следователно се счита, че няма граница на провлачване.
1Моля,обърнете внимание, че изпитването може да се извърши с геометрия на конус и плоча или паралелна плоча, като последната е за предпочитане за дисперсии и емулсии с размери на частиците large. Такива типове материали могат да изискват използването на назъбена или грапава геометрия, за да се избегнат артефакти, свързани с приплъзване по повърхността на геометрията.